Nukleotid

Nukleotid Definition

En nukleotid är en organisk molekyl som är byggstenen i DNA och RNA. De har också funktioner i samband med cellsignalering, ämnesomsättning och enzymreaktioner. En nukleotid består av tre delar: en fosfatgrupp, ett 5-kolssocker och en kvävebas. De fyra kvävebaserade baserna i DNA är adenin, cytosin, guanin och tymin. RNA innehåller uracil i stället för tymin. En nukleotid i en kedja utgör det genetiska materialet i alla kända levande varelser. De har också ett antal funktioner utanför lagringen av genetisk information, som budbärare och energibärande molekyler.

En serie av tre nukleotider inom DNA kallas kodon och styr proteinerna i cellen att fästa ett specifikt protein vid en serie som specificeras av resten av DNA. Särskilda kodoner anger till och med för maskineriet var processen ska stoppas och startas. DNA-translation, som det kallas, omvandlar informationen från DNA till proteinernas språk. Denna kedja av aminosyror kan sedan vikas korrekt och tillhandahålla en av många funktioner i cellen.

Nukleotidstruktur

Nukleotidstrukturen är enkel, men den struktur de kan bilda tillsammans är komplex. Nedan visas en bild av DNA. Denna molekyl består av två strängar som lindar sig runt varandra och bildar vätebindningar i mitten av strukturen för att ge stöd. Varje nukleotid inom har en specifik struktur som möjliggör denna bildning.

Närgasbas

Närgasbasen är den centrala informationsbärande delen av nukleotidstrukturen. Dessa molekyler, som har olika exponerade funktionella grupper, har olika förmåga att interagera med varandra. Som i bilden är idéarrangemanget den maximala mängden vätebindningar mellan de inblandade nukleotiderna. På grund av nukleodernas struktur kan endast en viss nukleotid interagera med andra. Bilden ovan visar tymin som binder till adenin och guanin som binder till cytosin. Detta är det korrekta och typiska arrangemanget.

Denna jämna formation orsakar en vridning i strukturen och är jämn om det inte finns några fel. Ett av sätten för proteiner att reparera skadat DNA är att de kan binda till ojämna ställen i strukturen. Ojämna fläckar skapas när vätebindning inte sker mellan de motsatta nukleotidmolekylerna. Proteinet skär ut en nukleotid och ersätter den med en annan. Gensträngarnas duplikatkaraktär garanterar att fel som detta kan korrigeras med stor noggrannhet.

Socker

Den andra delen av nukleoiden är sockret. Oavsett nukleotid är sockret alltid detsamma. Skillnaden är mellan DNA och RNA. I DNA är det 5-koliga sockret deoxyribose, medan det 5-koliga sockret i RNA är ribose. Detta ger de genetiska molekylerna deras namn; det fullständiga namnet på DNA är deoxyribonukleinsyra och RNA är ribonukleinsyra.

Sockret, med sitt exponerade syre, kan binda sig till fosfatgruppen i nästa molekyl. De bildar då en bindning som blir socker-fosfatryggen. Denna struktur ger strukturen ytterligare styvhet, eftersom de kovalenta bindningar som de bildar är mycket starkare än vätebindningarna mellan de två strängarna. När proteiner kommer för att bearbeta och transponera DNA gör de det genom att separera strängarna och läsa endast den ena sidan. När de går vidare kommer strängarna av genetiskt material samman igen, drivet av attraktionen mellan de motsatta nukleotidbaserna. Socker-fosfat-ryggraden förblir sammanlänkad hela tiden.

Fosfatgrupp

Den sista delen av nukleotidstrukturen, fosfatgruppen, är förmodligen bekant från en annan viktig molekyl ATP. Adenosintrifosfat, eller ATP, är den energimolekyl som det mesta av livet på jorden förlitar sig på för att lagra och överföra energi mellan reaktioner. ATP innehåller tre fosfatgrupper som kan lagra mycket energi i sina bindningar. Till skillnad från ATP kallas de bindningar som bildas i en nukleotid för fosfodiesterbindningar, eftersom de sker mellan fosfatgruppen och sockermolekylen.

Under DNA-replikationen samlar ett enzym som kallas DNA-polymeras ihop de korrekta nukleotidbaserna och börjar organisera dem mot den kedja som det läser. Ett annat protein, DNA-ligas, avslutar arbetet genom att skapa fosfodiesterbindningen mellan sockermolekylen i en bas och fosfatgruppen i nästa bas. Detta skapar ryggraden till en ny genetisk molekyl som kan föras vidare till nästa generation. DNA och RNA innehåller all den genetiska information som krävs för att cellerna ska fungera.

Nukleotidsexempel

Adenin

Adenin är ett purin, vilket är en av två familjer av kvävebaser. Puriner har en dubbelringad struktur. I DNA binder adenin med tymin. I RNA binder adenin med uracil. Adenosintrifosfat använder som tidigare nämnts nukleoiden adenin som bas. Därifrån kan tre fosfatgrupper knytas till den. Detta gör det möjligt att lagra mycket energi i bindningarna. Av samma anledning som socker-fosfat-ryggraden är så stark är även bindningarna i ATP det. När de kombineras med speciella enzymer som har bildats för att frigöra energin kan den överföras till andra reaktioner och molekyler.

Guanin

Likt adenin är guanin en purinnukleotid; den har en dubbelring. Den binder sig med cytosin i både DNA och RNA. Som framgår av bilden ovan binder guanin till cytosin genom tre vätebindningar. Detta gör cytosin-guanin-bindningen något starkare än tymin-adenin-bindningen, som bara bildar två vätebindningar.

Cytosin

yrimidiner är den andra klassen av nukleotider. Cytosin är en pyrimidinnukleotid; den har endast en ring i sin struktur. Cytosin binder med guanin i både DNA och RNA. Genom att binda till nukleotiden guanin bildar de två ett starkt par.

Thymin

Likt nukleotiden cytosin är tymin en pyrimidinnukleotid och har en enda ring. Den binder sig med adenin i DNA. Thymin finns inte i RNA. I DNA bildar den endast två vätebindningar med adenin, vilket gör dem till det svagare paret.

Uracil

Uracil är också en pyrimidin. Under transkriptionen från DNA till RNA placeras uracil överallt där ett tymin normalt skulle ha varit placerat. Orsaken till detta är inte helt klarlagd, även om uracil har några tydliga för- och nackdelar. De flesta varelser använder inte uracil inom DNA eftersom det är kortlivat och kan brytas ned till cytosin. I RNA är dock uracil den föredragna nukleoiden eftersom RNA också är en kortlivad molekyl.

Nukleotidfunktion

Förutom att vara den grundläggande enheten i det genetiska materialet för alla levande varelser kan en nukleotid även ha andra funktioner. En nukleotid kan vara en bas i en annan molekyl, till exempel adenosintrifosfat (ATP), som är cellens huvudsakliga energimolekyl. De finns också i coenzymer som NAD och NADP, som kommer från ADP; dessa molekyler används i många kemiska reaktioner som spelar en roll i ämnesomsättningen. En annan molekyl som innehåller en nukleotid är cykliskt AMP (cAMP), en budbärarmolekyl som är viktig i många processer, inklusive reglering av ämnesomsättningen och transport av kemiska signaler till celler. Nukleotider utgör inte bara livets byggstenar utan bildar också många olika molekyler som fungerar för att göra livet möjligt.

Quiz

1. Vilket av följande är inte en del av nukleotidstrukturen?
A. 5-kolssocker
B. Fosfatgrupp
C. Fosfolipid

2. Vilket är den korrekta parningen?
A. A-G
B. C-G
C. T-U
D. U-C